高頻電子線路課件第四章ppt課件

1、第四章 正弦波振蕩器w 熟練掌握反響型正弦振蕩器的任務(wù)原理；w 正確了解振蕩的平衡條件、起振條件和穩(wěn)定條件 ；w 正確了解頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的概念；w 正確了解石英晶體振蕩器的組成和任務(wù)原理。w 了解其他振蕩器及特殊振蕩景象 。4.1 概述w 振蕩器的作用直流電源的能量具有一定波形的交變振蕩能量振蕩器 振蕩器不需外部信號的控制，即沒有輸入信號。w 振蕩器的運用w 無線電發(fā)射機中的載波信號源w 超外差式接納機的本機振蕩w 電子丈量儀器中的正弦波信號源w 數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘信號 w 正弦波振蕩器的分類反響型振蕩器負阻型振蕩器利用有源器件和選頻回路，根據(jù)正反響原理組成把一個呈現(xiàn)負阻性的二端有源器件直接

2、與諧振回路相連 w 各個頻段的振蕩器RC振蕩器LC振蕩器石英晶體振蕩器微波電子管微波半導(dǎo)體器件4.2 LC振蕩器的根本任務(wù)原理4.2.1 振蕩的建立ViVf+-Vo-+一、產(chǎn)生 振蕩的原理二、 振蕩建立的過程1、 最初的輸入信號如何得到？A、接通直流電源時電路中的瞬變過程B、放大器件內(nèi)部的熱噪聲2、 振蕩建立的波形變化三、 正弦振蕩電路的根本組成1、 振蕩回路，包含兩個或兩個以上的儲能元件A、存儲能量B、決議振蕩頻率C、具有選頻特性，保證輸出單一正弦波2、能量來源3、控制設(shè)備，即有源器件和正反響電路A、控制能量補充B、保證能量交換4.2.2 振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件放大器A反響網(wǎng)絡(luò)FViVoVf

3、設(shè)：放大器的開環(huán)增益為A 反響網(wǎng)絡(luò)的電壓傳輸系數(shù)為F振幅平衡條件：相位平衡條件：1AF), 3 , 2 , 1 , 0(2nnFA一、 平衡條件二、 振蕩器的起振條件放大器A反響網(wǎng)絡(luò)FViVoVf振幅起振條件：相位起振條件：1AF), 3 , 2 , 1 , 0(2nnFA1、 平均放大倍數(shù)A2、 起振條件 AF越大，起振越容易，通常取F =1/21/8 當(dāng)要求輸出波形非線性失真很小時，AF應(yīng)盡量接近14.2.3 振蕩器平衡形狀的穩(wěn)定條件當(dāng)振蕩器遭到外部要素的擾動，破壞了原平衡形狀，振蕩器應(yīng)具有自動恢復(fù)到原平衡形狀的才干。穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡一、振幅平衡的穩(wěn)定條件QVomQ1、當(dāng)Vom VomQ

4、時VoQ2、當(dāng)Vom VomQ時0omQomVVomVA軟自激v 硬自激0omBomVVomVA0omQomVVomVA需求預(yù)先加上一個有一定振幅的信號才干起振二、相位平衡的穩(wěn)定條件當(dāng)相位平衡條件遭到破壞時，線路本身能重新建立起相位平衡點的條件。1、頻率與相位的關(guān)系dtd放大器A反響網(wǎng)絡(luò)FViVoVf00增大，超前時，當(dāng)ifVV00減小，滯后時，當(dāng)ifVV頻率隨相位的變化關(guān)系：0相位平衡的穩(wěn)定條件為：0FAFfeZZLC并聯(lián)諧振回路的相移晶體管的相移2、LC并聯(lián)諧振回路的相頻特性oFfef電路的振蕩頻率為很小，和ZoAoff 時，當(dāng)有外因使0oAf電路在foA處建立起新的平衡ooAZff時，當(dāng)

5、外因消失時，0電路在fo處恢復(fù)平衡相位平衡的穩(wěn)定條件為：004.3 反響型LC振蕩器線路w 按反響耦合元件分為：w 互干耦合振蕩器w 電感反響式振蕩器w 電容反響式振蕩器w 集電極直流電源與基極偏壓的供應(yīng)方式w 并饋、串饋w 具有高穩(wěn)定性的混合反響式偏置電路4.3.1 電感反響式三端振蕩器哈脫萊電路BCEECB一、電路方式二、交流等效電路三、起振條件feoeiefehMLMLhhh121四、振蕩頻率)2(2121MLLCf4.3.2 電容反響式三端振蕩器考畢茲電路一、電路方式BCEBCE二、交流等效電路四、起振條件21CCF三、振蕩頻率)(2121CCLfv改動C1、C2的值，在一定條件下可改

6、善起振條件vC1/C2通常取0.10.5為易電容三點式與電感三點式電路的比較電容三點式電感三點式1、輸出波形好差2、頻率穩(wěn)定度相對較高相對較低3、輸出頻率范圍 可到達100MHz以上可到達甚高頻段4、運用點頻振蕩器運用較少4.3.3 LC三端式振蕩器相位平衡條件的判別準(zhǔn)那么X2X1X3CEB1、XCE與XBE的電抗性質(zhì)一樣；2、XBC與XCE、XBE的電抗性質(zhì)相反；3、對于振蕩頻率fo，應(yīng)滿足： XCE+XBE+XBC=0集基一樣余相反CEBC1C2LCEBL1CL2考畢茲電路哈脫萊電路例1：圖示為振蕩電路的交流通路，根據(jù)產(chǎn)生自激振蕩所需相位條件，判別其能否能振蕩，或是在某種限定條件下能振蕩。

7、 abcd例2：圖示為一個三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有以下四種情況：1L1C1L2C2L3C3；2L1C1L2C2L3C3；3L1C1=L2C2L3C3；4L1C1L2C2=L3C3；C3C2C1L1L2L3fo3fo2fo14.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題w 振蕩器的性能目的：w 頻率和振幅的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度4.4.1 頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度一、頻率準(zhǔn)確度頻率精度振蕩器在規(guī)定條件下，實踐振蕩頻率f1與要求的標(biāo)稱頻率fo之間的偏向。offf1絕對頻率偏向: 相對頻率偏向 :ooofffff1二、頻率穩(wěn)定度是指振蕩器實踐振蕩頻率f1偏離其標(biāo)稱頻率fo而變化的程度，它定義為在規(guī)定時間間隔內(nèi)，振蕩頻率的相

8、對變化量的最大值。時間間隔offmax例3：某一振蕩器在一天， ， ，那么該振蕩器的頻率穩(wěn)定度為： MHzf00001. 1maxMHzfo1日日日）（566max10101000000. 100001. 1off nioiooffffnff121 短期頻率穩(wěn)定度多用其均方誤差來表示： 三、頻率穩(wěn)定度的劃分時間間隔引起的緣由長期一天以上乃至幾個月內(nèi)有源器件、電路元件的老化特性短期一天以內(nèi)溫度、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定等要素瞬時秒或毫秒內(nèi)設(shè)備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾 對振蕩頻率穩(wěn)定度的要求視振蕩器的用途不同而不同： 普通中波廣播電臺發(fā)射機：10-5 電視發(fā)射機：10-7 普通訊號發(fā)生器：10

9、-410-5 精細信號發(fā)生器：10-710-9 挪動式超短波通訊機：10-410-5 單邊帶通訊機：10-6四、導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定的緣由1、振蕩回路元件L和C2、回路電阻 r3、有源器件的參數(shù)五、提高頻率穩(wěn)定度的措施1、減小外界要素的影響2、提高諧振回路的規(guī)范性 3、采用高穩(wěn)定度的LC振蕩器 六、高穩(wěn)定度的LC振蕩器 1、串聯(lián)改良型振蕩器克拉潑電路 VCCRb1Rb2RcReCbC1C2C3LCEBL1C2C1C3CEB3231321LCfCCCCo時，當(dāng)vC3不能無限制地減小v頻率覆蓋系數(shù)為1.21.3，主要適用于產(chǎn)生固定頻率2、并聯(lián)改良型振蕩器西勒電路 VC CRb1Rb2ReRcCbC1C2

10、C3C4LC3BC2EC1CLC4)(2143432313CCLfCCCCCCo為同一數(shù)量級時，、，且，當(dāng)v可以經(jīng)過調(diào)理C4來調(diào)理輸出頻率v頻率覆蓋系數(shù)為1.61.8例1：振蕩電路如圖示，它是什么類型振蕩器？有何優(yōu)點？計算它的振蕩頻率。 VC CC10.01uFC3LC21000pF1000pF100pF50uH例2：分析圖示振蕩電路，畫出交流通路，計算振蕩頻率，并闡明電路特點。 VCC0.01uFLC1C2C3C4C5100pF200pF200pF51pF5.1pF8uH4.5 石英晶體振蕩器w 頻率穩(wěn)定度可到達10-610-11。w 石英晶體振蕩器的優(yōu)點：w 石英晶體的等效諧振回路有很高的

11、規(guī)范性；w 石英晶體的Q值可高達數(shù)百萬量級；w 在串并聯(lián)諧振頻率之間很窄的任務(wù)頻帶內(nèi)，具有極峻峭的電抗特性曲線。w 分類：w 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器：等效為電感w 串聯(lián)諧振型晶體振蕩器：等效為串聯(lián)諧振回路4.5.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩電路 CEBC1C2LBL2EL1CCJTJTC-b型電路(皮爾斯電路)b-e型電路密勒電路VCCC2C1JTBECC1C2CoCqLqrq運用石英晶體諧振器時需留意的問題： v石英晶體只需在較窄的溫度范圍內(nèi)任務(wù)時，才具有高頻率穩(wěn)定度，所以要留意采用恒溫措施v要接有一定的負載電容CL，以補償消費中晶體頻率誤差和晶體的老化，使其到達標(biāo)稱頻率4.5.2 串聯(lián)諧振型晶體振

12、蕩電路 VC CC1CcC2C3CpJTLReC1C2C3LReJT晶體振蕩電路的實踐電路舉例1 晶體振蕩電路的實踐電路舉例24.5.3 泛音晶體振蕩電路 C3C2C1L1JT指石英片振動的機械諧波電氣諧波：與基頻是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波同時并存。泛音：是在基頻的奇數(shù)倍附近，且兩者不能同時并存。例：設(shè)晶體的基頻為1MHz，假設(shè)要得到五次泛音晶振，問回路參數(shù)如何設(shè)置？4.6 負阻振蕩器w 在100MHz以上的超高頻段得到廣泛運用，目前其頻率范圍已擴展到幾十GHz。 4.6.1 負阻器件的伏安特性 具有負增量電阻特性的電子器件。 iDuDABQDuDiDDuingnr1電壓控制型負阻器件電流控制型負阻器件iDuDABQI2IQI1DDuingnr1適用中，隧道二極管具有電壓控制型負阻器件特性；單結(jié)晶體管、雪崩管具有電流控制型負阻器件特性。t0UmiDt0IQIm設(shè)將負阻特性直線化，并在任務(wù)點電壓UQ上疊加一正弦電壓uiDuD0QUQtU